阿崗水庫巖溶發(fā)育規(guī)律分析

張曉東，徐世光,2，巴俊杰，張 兵

(1.昆明理工大學(xué),云南昆明 650093；2.云南地礦勘查工程總公司(集團)，云南昆明 650041)

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阿崗水庫巖溶發(fā)育規(guī)律分析

張曉東1，徐世光1,2，巴俊杰1，張 兵1

(1.昆明理工大學(xué),云南昆明 650093；2.云南地礦勘查工程總公司(集團)，云南昆明 650041)

摘要以曲靖市阿崗水庫為背景，分析了巖溶地區(qū)巖溶分布，結(jié)合鉆探、物探及連通實驗等手段，論述了巖溶地區(qū)巖溶的發(fā)育規(guī)律。壩址區(qū)以碳酸鹽巖為主，區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育，斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，通過對多年勘察資料的分析，結(jié)合區(qū)域巖溶發(fā)育情況，著重論述壩址區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)律。

關(guān)鍵詞巖溶；斷裂帶；特征；阿崗水庫

曲靖市阿崗水庫位于云南省東部曲靖市羅平縣境內(nèi)，擬建的曲靖市阿崗水庫位于公路陰私線旁，陰私線與324國道相接，東至曲靖、昆明，西至師宗、羅平至貴陽，交通十分便利。具體位置如圖1所示。擬建的曲靖市阿崗水庫位于九龍河上游篆長河之上。篆長河流域呈北偏東至南偏西向的長軸橢圓形，南北長約54 km，東西寬約35 km。流域地勢總體上是北西面高，南東面低。水庫區(qū)地表出露地層主要為二疊統(tǒng)棲霞茅口組(P1q、P1m)，巖性為厚層狀灰?guī)r、白云巖為主，夾少量的碎屑巖，特點是碳酸鹽巖層厚、質(zhì)純，幾乎無碎屑巖阻隔，多溶洞泉或暗河巖溶極為發(fā)育，以水平巖溶發(fā)育為主，巖溶發(fā)育產(chǎn)生了大量的溶洞及溶蝕裂隙。

圖1　交通位置Fig.1　Traffic position

羅平地區(qū)歷經(jīng)多期的地殼運動，巖溶的發(fā)育經(jīng)過了一個漫長的時代。巖溶發(fā)育的不同特征、強弱、深度及相互間的關(guān)系、分布規(guī)律都反映了不同時期的氣候、古地理、地質(zhì)構(gòu)造特點，以及地下水在不同水文地質(zhì)條件下的補給、逸流、排泄等特征[1]。研究其發(fā)育規(guī)律性對于水庫匯水區(qū)地表水與地下水的補給轉(zhuǎn)換關(guān)系，地下水水質(zhì)變化規(guī)律，環(huán)境水文地質(zhì)，均具有一定的意義；特別是對擬建水庫集水范圍內(nèi)，地下水循環(huán)規(guī)律及其水資源評價等方面具有重要意義。筆者在前人完成的連通實驗、鉆探實驗等的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了阿崗水庫集水范圍內(nèi)巖溶發(fā)育的通道及分帶問題。

1研究區(qū)地質(zhì)概要

研究區(qū)內(nèi)出露地層主要有元古界、上古生界、中生界和新生界。元古界出露昆陽群黑山頭組和牛頭山組；上古生界中泥盆系至二疊系均有出露，其中泥盆系至二疊系下統(tǒng)主要為碳酸鹽巖和少量碎屑巖組成的淺海相沉積；中生界僅出露三疊系；新生界第三系由一套山麓、河湖相沉積的碎屑物組成。

區(qū)域地處云南“山”字型構(gòu)造前弧東翼，東距小江斷裂帶約100 km。擬建水庫研究區(qū)夾持于彌勒—富源斷裂和師宗—晴隆斷裂之間，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為北東向，近南北向。

1.1小江斷裂帶川滇菱形塊體的東南邊界斷裂，構(gòu)成青藏高原和華南塊體的部分邊界。該斷裂北起巧家盆地，南止于建水南，走向近南北，全長370 km，區(qū)內(nèi)長360 km，走向北西5°。

1.2彌勒—富源斷裂該斷裂走向北東，長約300 km，屬于基底斷裂，活動時代Q1-2，顯右行壓扭特征，彌勒、陸良等地多次發(fā)生5.00～5.75級地震。線性清晰，束狀組合，帶寬1 km，構(gòu)成陸良盆地南東界和彌勒盆地北西界，N2和Q1地層變形顯著。

1.3師宗—晴隆斷裂該斷裂走向北東，長約300 km，屬于蓋層斷裂，活動時代Q1-2，顯右行壓扭特征。線性影像清晰，束帶狀組合，帶寬10～30 km，多為走向斷層，隨地層褶皺而彎曲。

節(jié)理、裂隙：庫區(qū)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面可分為原生結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造結(jié)構(gòu)面2類。高橋寨背斜為界，分NW、SE兩區(qū)域。SE區(qū)域：①層面產(chǎn)狀N40°～80°E，SE∠10°～30°，延伸長，張開寬一般小于20 mm，紅黏土或碎屑充填。②N68°～80°E，NW∠60°～80°，面基本平直，延伸長，裂隙間距10～30 m；該組裂隙和較大巖溶的發(fā)育關(guān)系密切，受它的引導(dǎo)。NW區(qū)域：①層面產(chǎn)狀N13°～66°E，NW∠5°～20°，延伸長，張開寬一般小于5 mm，紅黏土或碎屑充填。②N61°～85°E，NW∠65°～68°，面基本平直，延伸長，裂隙間距2～10 m。③N61°E～S77°E，SE～SW∠50°～76°，面基本平直，張開寬小于5 mm。

2巖溶發(fā)育的基本規(guī)律

區(qū)域內(nèi)可溶巖地層在長期的地質(zhì)歷史時間內(nèi)，受地下水、地表水溶蝕作用，形成了組成豐富的巖溶地貌，各種巖溶形態(tài)較齊全，地表巖溶形態(tài)主要有溶槽、石芽、石柱(偶見)、漏斗、洼地、落水洞等[2]，整個阿崗盆地主要屬于背斜型巖溶水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

阿崗水庫庫區(qū)主要地層為泥盆系(D)、石炭系(C)、二疊系(P)，巖溶暗河漏斗、天窗、溶洞、暗河星羅棋布，巖溶暗河發(fā)育明顯受巖性、構(gòu)造控制。巖性以中厚層狀灰?guī)r為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，有利于巖溶發(fā)育，巖溶化程度較強[3]；右岸南部受玄武巖及砂頁巖非可溶巖阻水，巖溶暗河基本沿巖層分界線方向延伸，即大瓦魯—槽盆箐—戈維；庫區(qū)巖層產(chǎn)狀較平緩，巖層傾角一般5°～15°，地下水以水平運動為主，有利于水平溶洞發(fā)育[4]；庫區(qū)左岸以NE向斷裂為主、NW向斷裂次之，巖溶暗河發(fā)育基本于構(gòu)造線方向一致呈NE向(洞108—洞125—洞609，洞325—洞59—洞609)，NW向巖溶暗河穿插其中(洞119—洞59)。

2.1巖溶發(fā)育對河流排泄基準面的適應(yīng)性河流的侵蝕基準面對巖溶的發(fā)育有著重要的影響。在大面積的巖溶發(fā)育地區(qū)，河流的侵蝕基準面在相當程度上控制著地表和淺部巖溶的發(fā)育。巖溶的溶蝕基準面(即巖溶作用的下限)有時與河流的侵蝕基準面相一致，但有時受巖性及構(gòu)造的控制，或高于河流的侵蝕基準面，或大大低于河流的侵蝕基準面[5]。阿崗水庫巖溶發(fā)育主要受篆長河控制，其巖溶的主要溶蝕基準面基本與河流的侵蝕基準面相當，局部發(fā)育不連通的深部巖溶。

2.2巖溶發(fā)育規(guī)律研究區(qū)分布地層主要為D、C、P灰?guī)r，其中少量夾有C1dw砂頁巖，東部外圍被P2β玄武巖及T1f砂頁巖包圍。從野外查勘情況看，落水洞、洼地、天窗比比皆是，泉水、暗河出口見于九龍河邊。區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育與阿崗盆地密切相關(guān)，盆地始于上新世。以后地殼間歇性地上升，使略具雛形的篆長河(九龍河上游，下同)迅速下切，嵌入基巖幅度80～100 m。與此同時，溶蝕下限亦迅速下移。襲奪現(xiàn)象尤其激烈：大雨本至撒瑪依地段地表河及捏恰小支流，被橫山村—阿市里暗河襲奪，成為季節(jié)性排洪溝；飛吉洼地受東部礎(chǔ)挪河源頭暗河的襲奪，變?yōu)橐粋€3.5 km2的封閉洼地。篆長河沿岸泉水流量出現(xiàn)了上游逐年減小，下游逐年增大的現(xiàn)象；一方面顯示了地下水的強烈襲奪，同時也說明巖溶基準面在不斷降低。

地下水襲奪受階段性的限制，未明顯影響到北部，致使?jié)q水坡一帶，仍然保存溶蝕盆地的巖溶發(fā)育特征。地下水埋藏淺，并有眾多的泉水溢出，部分地段還有沼澤化現(xiàn)象；地表水系發(fā)育，并排泄該段之地下水，河流兩側(cè)有較寬的松散沖洪積層。地表巖溶形態(tài)比較單調(diào)，依稀可見為數(shù)不多的淺、緩、小的洼地。水平方向的溶蝕裂隙普遍發(fā)育，顯示均勻、穩(wěn)定的擴散流特點。

盆地中部和南部情況卻大為不同。垂直巖溶形態(tài)廣泛而強烈地發(fā)育，尤以豎井為典型代表，又常常是暗河天窗。發(fā)育深度一般30～50 m，組成垂直巖溶發(fā)育帶。此帶內(nèi)偶而見有短而小的水平溶洞，僅占本帶的12%(線比例)，顯示層狀分布規(guī)律。推測其可能為短暫穩(wěn)定期的產(chǎn)物，形成時代略早于豎井。以豎井為代表的垂直巖溶帶之下，為寬闊暢通的大型水平管道分布帶，組成樹枝狀的地下水文網(wǎng)，為巖溶強發(fā)育但不均一的巖溶帶。盆地內(nèi)地下水力坡度平均在10‰以內(nèi)，徑流速度50～100 m/h,個別暗河部分河段可達518 m/h，說明暗河系統(tǒng)徑流暢通，但受巖溶發(fā)育因素影響，亦存在河道狹窄段。

枯水季節(jié)，地下水沿暗河管道源源不斷地在盆地南部泄出。雨季地下管道泄水不及，水流沿暗河天窗上升、溢出，致使盆地內(nèi)的低凹地帶一片汪洋，造成水災(zāi)。有的暗河水力坡度僅0.17‰。另據(jù)象鼻子洞(609點)觀測，在無外因干擾的情況下，日出水量增加10萬m3，推斷為巖溶發(fā)育不均勻性造成，或認為地下虹吸現(xiàn)象。

據(jù)20世紀70年代昆明水電勘測設(shè)計院連通實驗資料，在洞119、洞325、洞91、洞568、洞125、洞108、洞59、洞87進行了連通實驗及地下暗河觀察，顯示地下水由北向南、由東向西通過地下暗河排向九龍河，最終以象鼻子洞(609點)為主要排泄點。

由上述例證可以認為，阿崗盆地內(nèi)地下水以不均一的管道流為主，顯急變流特征，并隨著巖溶作用的不斷發(fā)展，暗河系統(tǒng)不斷擴大、伸長，逐步向盆地北部推進。如洞609阿市里—橫山村主干暗河，長15 km以上，枯季流量2.09～4.28 m3/s，有明顯的3條支流。

篆長河與盆地地下水依存關(guān)系十分密切?？菁咀L河補給部分地下水，洪水季節(jié)，地下水大量地補給河水，使一些落水洞變?yōu)槊八矗缍?68。

整個庫區(qū)處于石林期形成的阿崗溶丘盆地內(nèi)，巖溶現(xiàn)象極為發(fā)育，地表30～50 m深度范圍內(nèi)，以垂直巖溶為主，以豎井、暗河天窗為代表(占88%)，偶為水平溶洞(占12%)，豎井、暗河天窗基本概況見表1[6]。

根據(jù)區(qū)域資料，阿崗盆地巖溶發(fā)育分為2個帶(A、B)，見阿崗溶丘盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式圖2。各帶主要特征為：A帶是巖溶強烈發(fā)育，但極不均勻，為地下水主要活動帶，上為垂直形態(tài)，下為水平形態(tài)，控制深度約50 m。該帶地下水、地表水交替活躍，動態(tài)變化顯著，為地下水的主要儲存、運移帶。庫區(qū)地表主要位于該帶。B帶是溶蝕較均勻，溶隙為主要形態(tài)，受巖性和構(gòu)造控制，深度各地不一，以水平方向均勻溶蝕為主要特征，庫區(qū)地表、庫尾主要位于該帶。

表1　豎井、暗河天窗基本概況

圖2　阿崗溶丘盆地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模式Fig. 2　The hydrogeological structure model of basins in Agang

庫區(qū)垂向巖溶發(fā)育主要位于地下水位之上，發(fā)育深度一般30～100 m，壩址～河格村主要劃為A型，河格村～庫尾為B型[7]。

水平巖溶：區(qū)內(nèi)層狀發(fā)育的水平溶洞比較普遍。大型溶洞高5～10 m，寬達20～30 m，有的長6 500 m。發(fā)育方向除少數(shù)受斷裂控制外，大部分沿不同方向節(jié)理呈曲折狀發(fā)育。洞內(nèi)形成石鐘乳、石筍、石柱等鈣華沉積，有的洞穴堆積中保存有第四紀哺乳類化石。根據(jù)溶洞分布的高度及位置，大致可分為3個主要層。高層溶洞(海拔高程1 835～1 855 m)層位于夷平面以下，近代深切峽谷裂點之上，高出盆地30～50 m；中層溶洞(海拔高程1 815～1 820 m)位于近代深切峽谷兩側(cè)，高出盆地10～15 m；低溶洞層(海拔高程1 805～1 808 m)，即現(xiàn)代溶洞層，位于河谷底部，一般為溶洞泉或暗河的進出口。

庫區(qū)水平巖溶主要在洞609～高橋小寨之間，前人大部分已做了連通實驗，它們都向篆長河排泄，水平溶洞地下水力坡降為10%，徑流速度50～100 m/h，篆長河與地下水依存關(guān)系密切，枯季篆長河補給部分地下水，雨季地下水大量補給河水，使一些落水洞變?yōu)槊八矗鏦25；或枯季泉水補給篆長河，雨季篆長河倒補給地下水，如高橋大寨洞118、洞119[8]。根據(jù)此次野外觀察及其他相關(guān)資料，巖溶發(fā)育統(tǒng)計見表1、表2。

表2　垂向巖溶發(fā)育程度概況

3結(jié)論

根據(jù)上述分析，得出以下結(jié)論：

(1)工程區(qū)巖溶發(fā)育特征符合區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)律，從巖性方面泥盆系中上統(tǒng)、石炭系及二疊系中下統(tǒng)的灰?guī)r、白云巖巖體中巖溶現(xiàn)象發(fā)育；從空間分布來看，巖溶發(fā)育符合沿構(gòu)造線、傍坡臨岸(受風化卸荷作用控制)的規(guī)律。

(2) 河流的侵蝕基準面對巖溶的發(fā)育有著重要的影響，阿崗水庫巖溶發(fā)育主要受篆長河控制，其巖溶的主要溶蝕基準面基本與河流的侵蝕基準面相當，局部發(fā)育不連通的深部巖溶。

(3)阿崗盆地內(nèi)地下水以不均一的管道流為主，顯急變流特征，并隨著巖溶作用的不斷發(fā)展，暗河系統(tǒng)不斷擴大、伸長，逐步向盆地北部推進。

(4)兩岸地下水位高于河水位，地下水補給河水。該河谷就是當?shù)氐幕騾^(qū)域的最低排水基準面；河谷的巖溶層不延伸到鄰谷；兩岸有地下水分水嶺。河谷區(qū)地下水水力坡降與巖溶發(fā)育強度有關(guān)，水力坡降愈緩，巖溶愈發(fā)育。阿崗水庫兩岸都屬于該類型。

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The Karst Development Law of Agang Reservoir

ZHANG Xiao-dong1, XU Shi-guang1,2, BA Jun-jie1et al (1. Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093; 2. Yunnan Geological Engineering Exploitation Group Co., Ltd., Kunming, Yunnan 650041)

AbstractWith Agang reservoir in Qujing City as the research material, we analyzed the karst distribution in karst region by combining with the drilling, geophysical prospecting and connectivity test. The development law in the karst area was discussed, the dam site area was dominated by carbonate rock, karst development appeared in the area, the fault structure was well development, and the engineering geological condition was very complex. Based on the analysis of survey data and the development situation of regional karst, the karst development law in dam site area was discussed.

Key wordsKarst; Fault zone; Characteristics; Agang reservoir

收稿日期2015-12-10

作者簡介張曉東(1990- )，男，河北邯鄲人，碩士研究生，研究方向：水文地質(zhì)與工程地質(zhì)。

中圖分類號P 642.25

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-322-03